Смемотехника построения телефонных приставок

1.1 ОБЗОР ПРЕДЛОЖЕНИЙ В ОБЛАСТИ СЕРВИСНЫХ ТЕЛЕФОННЫХ ПРИСТАВОК

Телефонная связь, как средство общения и передачи инфор мации, незаменима в быту и на производстве. Ее характеристики определяются множеством факторов, таких как: количество теле фонных линий, вид оборудования АТС, типы применяемых теле фонных аппаратов и т.п. Для достижения высокого качества и удобства этой связи абоненту необходим определенный набор сервисных возможностей. Современные телефонные аппараты позво ляют обеспечить такие функции, как: повтор набора номера, автодозвон, память номеров, удержание линии, переадресация вызовов и пр.

При необходимости расширения возможностей телефона могут применяться самые разнообразные дополнительные устройства — телефонные приставки. Такие устройства вводят специальные сервисные возможности и, иногда, предназначены для стыковки нестандартного оборудования с АТС. В настоящее время на рынке представлено множество предложений от небольших организаций, фирм и даже отдельных разработчиков. Ниже приводится краткий обзор некоторых устройств, пользующихся повышенным спросом.

АОНы

Автоматические определители номера. Эти устройства достаточно широко распространены и известны потребителям. Они позволяют определить номер звонящего вам абонента и, помимо этого, как правило, обладают массой дополнительных функций (записная книжка, автодозвон и т.п.). Выполняются они и в виде многофункциональных телефонных аппаратов, и в виде специальных сервисных приставок, и в виде специальных модулей, модернизирующих некоторые виды стандартных телефонных аппаратов, и даже в виде программного обеспечения для применения на определенных видах модемов для ПК.

Микро-АТС

Предназначены для эксплуатации нескольких телефонных аппаратов на одной или нескольких телефонных линиях. Такие системы могут иметь самые разнообразные функции (переадресовка вызова, внутренняя связь, приоритет телефонов и т.п.) и являются чем-то средним между примитивными развствитслями номера и крупноформатными офисными Мини-АТС.

Раэветвители телефонного номера

Позволяют (аналогично блокираторам) отключать параллельный телефонный аппарат при разговоре по другому аппарату и. что является основной функцией, позволяют избирательно дозваниваться на любой из подключенных к одной! линии телефонных аппаратов. Существует несколько типовых решений проблемы избирательного дозвона: двукратный набор номера (набор номера - 1-4 гудка - повесить трубку - повторный набор номера), набор дополнительной цифры (набор номера - разветвитель поднимает трубку - набор дополнительной цифры). Метод с дополнительной цифрой применим не на всех видах АТС. Следует понимать, что данное устройство работает без взаимодействия с аппаратурой АТС и его нельзя путать с обычным спариванием номера, когда абоненты также имеют только одну линию, но у них разные номера.

Блокираторы параллельных телефонных аппаратов

Служит для раздельного использования двух телефонных аппаратов на одной телефонной линии. При снятии трубки на одном телефонном аппарате другой телефонный аппарат отключается (блокируется). Блокиратор исключает прослушивание с параллельного телефона и подзвякивание при наборе номера на нем.

Устройства защиты линии от "пиратов"

Применяются в профилактических целях и при наличии подозрения об использовании телефонных линий посторонними лицами. Основные методы защиты линий следующие: кодовый доступ к линии (набор кода перед набором номера), блокировка выхода на межгород (блокировка номеров "8...", "07", ограничение количества цифр в номере), защита от параллельного включения в линию "левых" телефонных аппаратов, выборочная блокировка отдельных конкретных номеров (применяется только в сложных компьютеризованных устройствах).

Блокираторы выхода на межгород

Выполняют функцию запрета междугородных звонков с телефона. Используются разные методы: блокировка количества цифр номера, блокировка номеров "8...", "07". Являются оперативным решением проблемы на месте. Вторым вариантом может быть отключение от междугородной связи по заявлению на АТС.

Индикаторы занятости линии

Простейшие устройства, позволяющие видеть, используется ли в данный момент линия параллельным абонентом, или нет. Удобны при установке параллельных телефонов вне зоны слышимости друг друга и интенсивном их использовании.

Анти-АОНы

По сути — вредоносные устройства, вмешивающиеся в протокол работы АТС. Они посылают помехи в линию в момент срабатывания аппаратуры АОН, что не позволяет принимающей вызов стороне автоматически определить ваш номер. Более цивилизованным способом является отключение автоматики по заявлению на АТС (после этого ваш номер не будет определяться частными АОНа-ми). Следует знать, что Анти-АОН не является защитой от определения вашего номера компетентными службами.

Адаптеры спаренных линий

На спаренных линиях связь осуществляется по одной паре проводов для двух абонентов с различными номерами (за счет изменения полярности линии). Пользоваться телефоном эти абоненты могут только поочерёдно. Одна из проблем таких линий заключается в пониженном напряжении вызывного сигнала (чтобы вызов не просачивался ко второму абоненту). Адаптер позволяет повысить напряжение вызова, что обеспечивает надежное срабатывание всех типов телефонных аппаратов на всех типах спаренных линий (без адаптера некоторые ТА могут не звонить).

Адаптеры АВУ-ВЧ

Аппаратура высокочастотного уплотнения предназначена для подключения нескольких абонентов по одной проводной линии. Как правило, из блока АВУ-ВЧ к абоненту выводится трехпроводная линия (третий провод для звонка). Адаптер АВУ-ВЧ предназначен для преобразования такой линии в обычную с возможностью подключения любых телефонных аппаратов.

Адаптеры АТС "Квант"

Электронная АТС "Квант" характеризуется низким напряжением в линии (5-15 В), что не обеспечивает надежной работы многих электронных телефонных аппаратов. Адаптер предназначен для устранения этого недостатка и обеспечения подключения к такой АТС любых телефонных аппаратов.

Автоматические предохранители

Защищают линию от проникновения в нес высокого напряжения или помех (например, вследствие некорректно сделанной проводки в помещении абонента или ее замыкания).

Схемы удержания линии

Обеспечивают удержание линии при переходе от одного телефонного аппарата к другому (на первом трубка положена).

Схемы переадресации вызова

Устанавливаются там, где имеется не менее двух телефонных линий и обеспечивают перевод всех входящих на одну из линий звонков по другому номеру (посредством соединения с этим номером через вторую линию). Некоторые современные электронные АТС могут обеспечить такой сервис даже при наличии только одной линии.

Устройства дистанционного управления

Телефонная линия может быть использована для дистанционного управления (включения/выключения) самыми разнообразными устройствами. В этом случае, как правило, после набора номера и соединения используется набор в так называемом частотном режиме (тоновый набор) или специальное устройство — биппер. Набираемые цифровые комбинации являются командами и управляют устройствами.

Устройства охраны помещений

Специальные приставки соединяемые с системой охраны помещений и телефонной линией. При срабатывании охранных датчиков такая приставка дозванивается по заранее заданному номеру (номерам) и выдает заранее заданное (записанное) сообщение.

Это далеко не полный перечень встречающихся сервисных телефонных приставок. Заметим, что большинство присутствующих на рынке устройств работает только с импульсным набором номера. Применение КМОП микросхем с низким энергопотреблением позволяет запитывать устройства непосредственно от телефонной линии. Практическая реализация логических схем обработки телефонных сигналов (переадресация, коммутация и т.п.) возможна как на базе жесткой логики, так и на основе ИС программируемой логики, микроконтроллеров, микрокомпьютеров.

1.2.1 Схемы электрического питания

При разработке сервисных телефонных приставок возникает проблема питания устройств Некоторые схемы, предназначенные для обеспечения питания непосредственно от телефонной линии, приведены ниже

Схема питания с использованием стабилизатора КЖ101 представлена на рис. 1.2-1. Схема позволяет получить стабильное выходное напряжение, задаваемое стабилитроном VD2 с максимальным током стабилизации не более 300 мкА. Несложный подсчет позволяет определить, что активная составляющая эквивалентного сопротивления КЖ101 (подключенного параллельно телефонной линии) лежит в пределах 200-600 кОм. В то же время. минимально допустимое сопротивление по ГОСТ [2] составляет 300 кОм. Необходимо помнить, что. в основном, при работе схемы телефонный аппарат и цепи питания приставки включены параллельно, поэтому их сопротивления суммируются Если телефонный аппарат вносит около 400-800 кОм, то для получения суммарного сопротивления большего 300 кОм необходимо, чтобы блок питания имел эквивалентное сопротивление большее 900 кОм На практике, на большинстве отечественных АТС устойчиво рабо-

тают схемы с параллельным сопротивлением вплоть до 100 кОм. но эта предельная величина не рекомендуется для разработчиков. особенно, если схема подлежит сертификации и регистрации.

На рис. 1.2-2 приведена схема питания, обеспечивающая плавающее напряжение питания при фиксированном максимальном токе потребления от телефонной линии. Данная схема с успехом может применяться в простых устройствах, где не предъявляются высокие требования к стабильности напряжения и, в то же время, когда необходимо запитать устройство через увеличенное сопротивление.

На рис. 1.2-3 приведена схема электропитания с фиксированным напряжением и фиксированным максимальным током потребления от линии Принцип работы заключается в следующем.

В режиме ожидания емкость С1 заряжается до напряжения телефонной линии (48-60 В) через токоограничивающий резистор R1. В зависимости от области применения схемы, емкость конденсатора С1 может колебаться в пределах 220,0-1000,0 мкФ, что оказывает влияние на время первоначальной зарядки, а также длительность цикла поддержания постоянного напряжения на выходе схемы питания В начале цикла активной работы телефонной приставки (повышение тока потребления) емкость С1 плавно разряжается до напряжения стабилизации VD2 (Uвых), обеспечивая во время разряда постоянное напряжение на выходе. В зависимости оттока потребления приставки, длительность цикла стабилизации может составлять десятки секунд, чего во многих случаях достаточно для выполнения алгоритма работы, заданного разработчиком.

Схема электропитания от телефонной линии с подпиткой во время рабочего цикла приставки приведена на рис. 1.2-4. Принцип работы схемы заключается в следующем.

В исходном состоянии высокий уровень с выхода DD1.1 открывает транзистор VT1, тем самьм закрывая ключ DA1. В это время электронная часть приставки запитывается от простейшего стабилизатора VD5, R4, VD6, С2. Ток ограничивается сопротивлением R4. выбираемым достаточно большим, чтобы нс оказывать влияния на телефонную линию по ГОСТ [2]. Если в каком-либо режиме приставке требуется больший ток от стабилизатора (до 10-20 мА), транзистор VT1 открывается, соответственно, через Rl, VD2, R2, Cl, VD3, открывается ключ DA1, подключая параллельно R4 дополнительное сопротивление подпитки R3. выбираемое в пределах 1,2-10 кОм, что позволяет стабилизировать выходное напряжение +Еп на заданном уровне при максимальном токе Схема позволяет организовать электропитание приставок с суммарным потреблением до 20 мА. Следует только помнить, что во время набора номера с телефона, подключенного к приставке, подпитка должна быть отключена.

Для питания различных цепей телефонных приставок требуется напряжение от 3 и выше вольт, в зависимости от типа применяемых вентилей (процессоров). Специальные микросхемы импульсных преобразователей напряжения фирмы MAXIM МАХ866. МАХ864 можно с успехом использовать для получения стабильного выходного напряжения до 5 В при входном напряжении около 1 В. На рис. 1.2-5 приведена схема включения МАХ866 с минимальным количеством навесных элементов. Преобразователь

напряжения DA1 начинает работать при появлении на входе LX напряжения свыше 0, 8 В, что происходит вследствие падения напряжения на кремниевых диодах VD 1, VD2 при снятии трубки телефонного аппарата ТА. Допустимый ток потребления от линии не превышает 35 мА [2]. С учетом потребления телефонного аппарата (обычно 10-25 мА) и собственного потребления DA1 (до 50-100 мкА), ток в нагрузке может достигать 10-15 мА. чего достаточно для решения многих практических задач.

С помощью микросхемы МАХ864 можно получить двухполярное питание +-3 В для питания прецизионных операционных усилителей в схемах сравнения. Использование подобных однокристальных преобразователей напряжения обычно оправдано в достаточно сложных схемах обработки (например, с применением PIC-контроллеров фирмы MICROCHIP).

1.2.2 Детекторы звонка

В большинстве современных АТС в качестве сигнала вызова используется переменное напряжение частотой 12-25 Гц и амплитудой до 150-200 В (в норме, не менее 90 В). Для формирования импульсов приема посылки вызова используются логические схемы с фильтрующими RC-цепями. которые необходимы для выделения огибающей сигнала вызова. Сформированные таким образом импульсы подаются на схему обработки телефонной приставки. На рис 1.2-6 приведены осциллограммы входных и выходных сигналов

На рис 1 2-7 представлена схема приема вызова, рекомендуемая для использования в устройствах, питаемых от сети 220 В через понижающий трансформатор. Принцип работы схемы заключается в следующем:

В исходном состоянии на входах 1,2 элемента DD1 1 поддерживается единица через VD4 и R3 от источника питания При поступлении переменного напряжения вызова через резистор R1 происходит зарядка конденсатора С1 в соответствии с полярностью диода VDl Таким образом, во время вызова вход 2 DD1 1 находится в состоянии логического нуля, и на выходе 3 DD1 1 появляется единица Формирующие цепочки VD5, С2, VD6. R4 обеспечивают необходимую длительность выходных импульсов, а

конденсатор СЗ сглаживает фронты импульса на выходе Схема может непосредственно подключаться к счетчику блока обработки

На рис. 1 2-8 приведена схема входного узла для использования в устройствах, питаемых от телефонной линии. Принцип работы схемы заключается в следующем.

В исходном состоянии на выходе 3 DD1 1 поддерживается высокий уровень При поступлении вызова на вход схемы через цепочку R1, С1. VDl происходит заряд емкости С2, что обеспечивает срабатывание элемента DD1 1 Емкость СЗ быстро разряжается через диод VD3, формируя таким образом передний фронт выходного импульса. Задний фронт формируется после окончания вызова путем заряда СЗ через резистор R4. Элементы схемы R3, С2 рассчитаны таким образом, чтобы предотвратить срабатывание элемента DD 1.1 при кратковременных импульсах помех в телефон

ной линии Следит помнить, что в реальной телефонной линии при подъеме (опускании) трубки телефонного аппарата наблюдаются серии коротких импульсов дребезга амплитудой до 60 В. что может привести к ложному срабатыванию схемы приема вызова и всего устройства в целом. Входной узел должен обладать определенной инертностью, что достигается практической настройкой путем подбора RC-цепи на входе элемента DD 1 1.

Еще одна схема приема посылки вызова приведена на рис 1 2-9 В этой схеме применяется выборка импульсов с телефонной линии по частоте следования — своеобразный "цифровой фильтр".

В состав схемы входят.

• счетчик DD2. осуществляющий счет импульсов. снимаемых с линии.

• узел приема и формирования импульсов с линии в составе DD1.1, Rl, VD1, VD2, Cl, R2:

• тактовый генератор "строба" на DD1.2, DD1.3 Частота внутреннего генератора равна или чуть ниже 4 Гц. Генератор формирует строб длительностью около 0,25 с, открывающий счет микросхемы DD2. За время длительности строба на

синxpoвxoд DD2 поступает 6-7 имульсов. и на выходе 5 появляется короткий импульс. Исполнительное устройство может быть выполнено в виде триггернои схемы или с простейшей цепочкой накапливания (диод + емкость) При частоте следования входных импульсов менее 25 Гц счетчик DD2 не успевает сосчитать до б-7 и вновь обнуляется. Таким образом, варьируя элементы тактового генератора (изменяя длительность строба), можно настроить анализатор на нужную частоту анализа посылки вызова с АТС. Входной узел на DD1.1 с введенным последовательным стабилитроном VD1 обеспечивает прием импульсов с линии при снижении напряжения в линии ниже 30 В. Емкость С1 может быть в пределах 180-1000 пФ, что позволяет отфильтровав "дребезг" и более качественно сформировать синхроимпу льсы на входе DD2.

Во многих случаях необходимо запирать входной узсл на время набора номера (в линии присутствуют не посылки вызова, а импульсы набора номера 60 В, 10 Гц) На рис 1 2-10 приведена схема запирания входного узла

1.2.3 Схемы коммутации телефонных аппаратов

Ключи коммутации телефонных аппаратов (ТА) с линией являются, пожалуй, одним из наиболее сложных элементов сопряжения в микро-АТС.

Различают два вида коммутации:

1) По минусу питания схемы

2) По плюсу питания схемы.

Комбинацией этих двух методов можно реализовать любой способ электронного подключения (коммутирования) ТА к линии. Рассмотрим их в отдельности.

На рис. 1.2-11 приведена простая схема ключа с использованием микросхемы 1014КТ1А по минусу питания. Схема обеспечивает надежную работу при максимальном токе коммутации до 110 мА и импульсном напряжении до 200 В Управляющее напряжение не должно превышать 3.5-5 В.

Достоинства схемы:

• высокое качество коммутации (сопротивление в открытом состоянии не превышает 10 Ом):

• простота схемного решения;

• совместимость с КМОП-логикой,

• сверхнизкое потребление по управляющему входу (устойчиво переключается через сопротивление до 10 МОм) Недостатки схемы

• Невозможность простым схемным решением реализовать контроль за состоянием телефона (снята трубка или положена), что ограничивает применение этого способа коммутаций.

На рис 1.2-12 представлена схема коммутации по плюсу литания. Достоинством такой схемы является возможность увязки в схеме с общим корпусом различных узлов телефонной приставки:

узла подъема трубки (контроля телефона), узлов коммутации, схемы обработки и пр., достаточно простым способом. Коммутационные свойства этой схемы так же высоки, так как в основе лежит токовый ключ 1014КТ1А Принцип работы заключается в следующем.

При подаче на базу VT1 логической единицы напряжение на управляющий вход DA1 не подается. Емкость С1 разряжена, ключ DA1 закрыт, мост VD6-VD9 также закрыт и телефонный аппарат изолирован от линии по плюсу. При подаче на базу VT1 логического нудя напряжение телефонной линии, за счет падения на VD4, VD5 и, частично — диодах моста VD6-VD9. через резисторы Rl, R2 поступает на управляющий вход 1 DA1. Цепочка VD2, С1 обеспечивает стабильность включения ключа при импульсных помехах на линии (например, при наличии импульсов набора номера). Телефон включается по плюсу в линию.

Еще один способ коммутации ТА по плюсу питания схемы с использованием оптопары АОТ101А приведен на рис. 1.2-13. Ди-одно-транзисторный оптрон позволяет осуществить гальваническую развязку цепи управления и ключа коммутации, в качестве которого выступает транзистор КТ972А. Транзистор открывается напряжением с линии через Rl, обеспечивая коммутацию ТА на линию. Следует отметить, что сопротивление в открытом состоянии у транзистора КТ972А несколько выше чем у микросхемы 1014КТ1А, кроме этого, при наличии импульсов в телефонной линии открытое состояние транзистора поддерживается лишь за счет переходных процессов в полупроводнике. Это может несколько ухудшить соответствие схемы коммутации нормам ГОСТ [2].